一種提高隧道氧化層可靠性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種提高隧道氧化層可靠性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著便攜式電子設(shè)備的高速發(fā)展，對數(shù)據(jù)存儲的要求越來越高。通常，用于存儲數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲器分為易失性存儲器和非易失性存儲器，易失性存儲器易于在電源斷電時丟失數(shù)據(jù)，而非易失性存儲器即使在電源中斷時仍可保持?jǐn)?shù)據(jù)。因此，非易失性存儲器成為便攜式電子設(shè)備中最主要的存儲部件，并已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。
[0003]在非易失性存儲器中，閃存(flash memory)由于其很高的芯片存儲密度，以及較佳的工藝適應(yīng)性，已經(jīng)成為一種極為重要的器件。通常閃存可以分為NAND閃存和NOR閃存。請參照圖1，其所繪示為閃式存儲器的結(jié)構(gòu)剖面圖。P型的半導(dǎo)體襯底10上形成有依序堆棧的隧道氧化層20、浮置柵(Floating Gate) 30、介電層40、以及控制柵(Control Gate) 50,且半導(dǎo)體襯底10的上表面形成有N型的漏極70與源極60，其中隧道氧化層20的成分可例如為二氧化硅(S12)，浮置柵30及控制柵50的成分可例如為多晶硅(Poly-Silicon)，且介電層40的成分可例如為二氧化娃或氮化娃(Silicon Nitride ；Si3N4)。
[0004]NOR閃存對隧道氧化層的質(zhì)量要求非常高，不僅要求無缺陷、高密度，更要求厚度的均勻性要好。這是因?yàn)镹OR閃存最重要的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)是數(shù)據(jù)保持力(Retent1n)和編程擦除循環(huán)次數(shù)(Cycling)，隧道氧化層的厚度均勻性不好直接導(dǎo)致的后果Retent1n和Cycling 失效。
[0005]現(xiàn)有的快閃存儲器的制造方法，包括以下步驟:首先在半導(dǎo)體襯底上形成隧道氧化層，然后在隧道氧化層上依次形成控制柵極和浮置柵極，接著在柵極的兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源極以及漏極，最后進(jìn)行金屬連線，形成快閃存儲器。其中，大多利用熱氧化爐以熱爐管工藝(Furnace Process)成長二氧化娃來當(dāng)作隧道氧化層，再利用熱爐管工藝進(jìn)行隧道氧化層的退火。
[0006]一般，隧道氧化層制作完成后，接著在隧道氧化層上形成浮置柵極，通常采用爐管的低壓化學(xué)氣相沉積工藝來制備多晶硅；但是，由于后續(xù)工藝中存在氧化反應(yīng)，期間會使用O2或者H2O來氧化。O2或者H2O與多晶硅反應(yīng)產(chǎn)生S12，即:Si+02—S1 2或51+!120—S12,產(chǎn)生如圖2所示的鳥嘴效應(yīng)的隧道氧化層，即隧道氧化層邊緣的厚度大于等于中間的厚度，使隧道氧化層質(zhì)量變差，影響產(chǎn)品可靠性。
[0007]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需提供一種提高隧道氧化層可靠性的方法，避免隧道氧化層出現(xiàn)鳥嘴效應(yīng)，抑制后續(xù)氧化工藝帶來的附加氧化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高隧道氧化層可靠性的方法，避免隧道氧化層出現(xiàn)鳥嘴效應(yīng)，抑制后續(xù)氧化工藝帶來的附加氧化。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]步驟S01、提供一半導(dǎo)體襯底；
[0011]步驟S02、在襯底表面形成隧道氧化層，所述隧道氧化層為二氧化硅薄膜層；
[0012]步驟S03、采用SPA工藝在所述隧道氧化層的上表面形成一 S1xNy層；
[0013]步驟S04、對所述隧道氧化層進(jìn)行退火。
[0014]優(yōu)選的，步驟S03中，在溫度為300?500°C、大氣壓為0.1?0.3torr的條件下，通入氮?dú)猓苟趸藓偷獨(dú)夥磻?yīng)生成S1xNy層。
[0015]優(yōu)選的，所述S1xNy層的厚度為10?30埃。
[0016]優(yōu)選的，步驟S02中，采用爐管工藝在在襯底表面形成隧道氧化層。
[0017]優(yōu)選的，生長所述隧道氧化層的溫度為900?1000°C。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟S02之后，還包括:通入N2O氣體，使隧道氧化層的下表面產(chǎn)生一S1xNy 層。
[0019]優(yōu)選的，生長隧道氧化層的下表面的S1xNy層的溫度為900?1000°C，時間為10 ?20min。
[0020]優(yōu)選的，所述N2O氣體的流速為I?5slm。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟S04中，退火溫度為1000°C，退火時間為5min。
[0022]優(yōu)選的，所述退火所需的氣體為氮?dú)狻?br>[0023]與現(xiàn)有的方案相比，本發(fā)明提供的提高隧道氧化層可靠性的方法，由于硅氮化學(xué)鍵的鍵能大于硅氧化學(xué)鍵的鍵能，因此后續(xù)氧化工藝中，避免了隧道氧化層出現(xiàn)鳥嘴效應(yīng)，提高了隧道氧化層的均勻度，改善了隧道氧化層的品質(zhì)，使半導(dǎo)體器件的失效率降低，進(jìn)而提尚了良品率。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中閃式存儲器的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0026]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生鳥嘴效應(yīng)的隧道氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明提高隧道氧化層可靠性的方法的流程示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明中隧道氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中附圖標(biāo)記為:
[0030]10、半導(dǎo)體襯底；20、隧道氧化層；30、浮置柵；40、介電層；50、控制柵；60、源極；70、漏極；80、S1xNy 層。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0032]上述及其它技術(shù)特征和有益效果，將結(jié)合實(shí)施例及附圖3至4對本發(fā)明的提高隧道氧化層可靠性的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3為本發(fā)明提高隧道氧化層可靠性的方法的流程示意圖；圖4為本發(fā)明中隧道氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]如圖3所示，本發(fā)明提供了一種提高隧道氧化層可靠性的方法，包括以下步驟:
[0034]步驟S01、提供一半導(dǎo)體襯底10。
[0035]步驟S02、在襯底10表面形成隧道氧化層20，隧道氧化層20為二氧化硅薄膜層；可采用爐管工藝在在襯底10表面形成隧道氧化層20，生長隧道氧化層20的溫度優(yōu)選為900?1000°C，隧道氧化層20的厚度優(yōu)選為90?110埃，例如100埃。
[0036]同時，形成隧道氧化層20后，還可以通入N2O氣體，使隧道氧化層20的下表面產(chǎn)生一 S1xNy層80。生長隧道氧化層20的下表面的S1xNy層80的溫度為900?1000°C，時間為10?20min，N20氣體的流速為I?5slm。隧道氧化層N2O摻氮工藝中S1-N鍵取代S1-O鍵，即S12變?yōu)镾1xNy (Oxynitride)。其中S1-N主要集中在S1-S1 2界面，即隧道氧化層20的下表面。
[0037]步驟S03、采用SPA (slot plane antenna)工藝在隧道氧化層20的上表面形成一S1xNy層80 ；S1xNy層80的厚度優(yōu)選為10?30埃。
[0038]SPA工藝其可以在低溫下產(chǎn)生濃度分布均勻的高密度等離子體，等離子體由多個縫隙的平面天線將微波導(dǎo)入容器內(nèi)形成氣體的微波激發(fā)的高密度等離子體，等離子體在溫度為300?500°C、大氣壓為0.1?0.3torr的條件下與隧道氧化層20產(chǎn)生反應(yīng)，反應(yīng)氣體優(yōu)選為氮?dú)?，使隧道氧化?0和氮?dú)夥磻?yīng)生成S1xNy層80。
[0039]N2經(jīng)過激發(fā)的高密度等離子體后轉(zhuǎn)化為活性基團(tuán)N*，即N2— 2N*。N*活性基團(tuán)使隧道氧化層的上表面S1-O鍵斷開，形成S1-N鍵。O*擴(kuò)散到下面S1-Si02界面形成S1-O鍵。如圖4所示，隧道氧化層20的上表面形成含有S1-N鍵的S1xNy層80。由于該S1xNy層80，后續(xù)氧化工藝中，避免了隧道氧化層20出現(xiàn)鳥嘴效應(yīng)，提高了隧道氧化層20的均勻度。
[0040]步驟S04、對隧道氧化層20進(jìn)行退火。本步驟中，退火所需的氣體優(yōu)選為氮?dú)猓嘶饻囟葍?yōu)選為1000°c，退火時間優(yōu)選為5min。
[0041]值得說明的是，本發(fā)明與后續(xù)閃式存儲器的制作工藝相兼容，后續(xù)的閃式存儲器的制作工藝為本領(lǐng)域的公知常識，在此不再贅述。
[0042]綜上所述，本發(fā)明提供的提高隧道氧化層可靠性的方法，由于硅氮化學(xué)鍵的鍵能大于硅氧化學(xué)鍵的鍵能，因此后續(xù)氧化工藝中，避免了隧道氧化層出現(xiàn)鳥嘴效應(yīng)，提高了隧道氧化層的均勻度，改善了隧道氧化層的品質(zhì)，使半導(dǎo)體器件的失效率降低，進(jìn)而提高了良品率。
[0043]上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S01、提供一半導(dǎo)體襯底； 步驟S02、在襯底表面形成隧道氧化層，所述隧道氧化層為二氧化硅薄膜層； 步驟S03、采用SPA工藝在所述隧道氧化層的上表面形成一 S1xNy層； 步驟S04、對所述隧道氧化層進(jìn)行退火。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，步驟S03中，在溫度為300?5000C、大氣壓為0.1?0.3torr的條件下，通入氮?dú)?，使二氧化硅和氮?dú)夥磻?yīng)生成S1xNy層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，所述S1xNy層的厚度為10?30埃。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，步驟S02中，采用爐管工藝在在襯底表面形成隧道氧化層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，生長所述隧道氧化層的溫度為900?1000°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，所述步驟S02之后，還包括:通入N2O氣體，使隧道氧化層的下表面產(chǎn)生一 S1xNy層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，生長隧道氧化層的下表面的S1xNy層的溫度為900?1000°C，時間為10?20min。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，所述N2O氣體的流速為I?5slm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，所述步驟S04中，退火溫度為1000 °C，退火時間為5min。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的提高隧道氧化層可靠性的方法，其特征在于，所述退火所需的氣體為氮?dú)狻?br>【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高隧道氧化層可靠性的方法，首先提供一半導(dǎo)體襯底；接著在襯底表面形成隧道氧化層，隧道氧化層為二氧化硅薄膜層；然后采用SPA工藝在所述隧道氧化層的上表面形成一SiOxNy層；最后對隧道氧化層進(jìn)行退火。本發(fā)明提供的提高隧道氧化層可靠性的方法，由于硅氮化學(xué)鍵的鍵能大于硅氧化學(xué)鍵的鍵能，因此后續(xù)氧化工藝中，避免了隧道氧化層出現(xiàn)鳥嘴效應(yīng)，提高了隧道氧化層的均勻度，改善了隧道氧化層的品質(zhì)，使半導(dǎo)體器件的失效率降低，進(jìn)而提高了良品率。
【IPC分類】H01L21/28, H01L29/51
【公開號】CN104992902
【申請?zhí)枴緾N201510277865
【發(fā)明人】江潤峰, 胡榮, 孫勤
【申請人】上海華力微電子有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月27日